Raumcon
Raumfahrt => Konzepte und Perspektiven: Raumfahrt => Thema gestartet von: tobi453 am 26. November 2009, 13:21:53
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EADS entwickelt zusammen mit der ESA und dem DLR einen magnetischen Hitzeschild, der innerhalb der nächsten Dekade bzw. drei Jahre nach Projektstart bei einem Flug getestet werden soll. Dabei soll ein Magnetfeld die heiße ionisierte Luft von der Oberfläche der Kapsel fernhalten, sodass die Erhitzung der Kapseloberfläche deutlich geringer ausfallen soll. Das Magnetfeld soll durch einen supraleitenden Magneten erzeugt werden. Gestartet werden soll auf einer Volna und der Wiedereintritt soll mit Mach 21 erfolgen.
Mehr dazu hier:
http://www.flightglobal.com/articles/2009/11/24/335327/magnetic-heat-shield-test-could-use-russian-launcher.html
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Das Konzept hört sich durchaus interessant an.
Doch macht das meineserachtens nach nur Sinn, wenn dadurch Gewicht eingespart werden kann.
Mir fällt es schwer das Abzuschätzen, aber mein ihr, dass ein Hitzschild aus supraleitenden Magneten, die auch entsprechende Peripherie benötigen (aktive Kühlung, Spannungsversorgung), massenärmer ist als ein heute übliches System (Keramiken oder Kunstharze)? Ich kann es mir gerade schwer vorstellen, lasse mich aber gerne vom Gegenteil überzeugen.
Vielleicht hängt das ja auch der Größe des Schildes ab. Soll ein großes System geschützt werden, wird mir da bezüglich der Massenbilanz etwas schwindelig - wenn ich an die Spulengröße meinem aktuellen Arbeitsbereich denke. Die Dinger sind nämlich recht schwer.
Grüße, Olli
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Na hoppla
Da bin ich auch erstaunt. So einen magnetischen Hitzeschild umweht ja so ein wenig SciFi.
Aber nachdem auch der DLR beteiligt ist, rechnen sie sich auf alle Fälle aus, das es Wert ist, das Ganze zu überprüfen.
Vielleicht wäre das Feld auch im Raum brauchbar.
An so einem System muß sicherlich gefeilt werden - der erste Transistor hatte auch eine Größe, die man recht beachtlich nennen kann.
Hoffentlich hört man mal was von Ergebnissen.
Gruß, Jamie
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So ein System kann andere Vorteile haben, die ein höheres Gewicht aufwiegen.
- Die Sicherheit könnte erhöht werden.
- Die Wiederverwendbarkeit von Komponenten könnte erhöht werden.
- Die Produktionskosten anderer Teile (Hitzeschild) werden so weit gesenkt, dass die Gesamtkosten für das System sinken.
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Ich muss zugeben das Projekt gefällt mir sehr. Allerdings gibt es für mich auch einen Schwachpunkt:
Was ist wenn die Energie für das Betreiben des Magneten nicht vorhanden ist, zB. durch Unfall mit der Batterie?
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Was ist wenn die Energie für das Betreiben des Magneten nicht vorhanden ist, zB. durch Unfall mit der Batterie?
Man kann ja dann immer noch eine Rettungsmission startten, das wäre eigendlich nicht das große Problem. Aber allein die Idee ist ja sehr interresannt. Das würde ja die Kosten für die bemannte Raumfahrt senken, wenn es denn mal funktioniert.
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Energie müßte doch im Überfluß vorhanden sein ... in dem anderen
Thread, wo es um die Verlangsamung beim Wiedereintritt in die
Erdatmosphäre ging, sprach doch jemand von ballistischer Energie,
o.s.ä? Diese oder die entstehende Wärmeenergie wäre doch quasi
wie ne sprudelnde Quelle.
... ich weiß, der SciFi Verrückte in mir brennt gerade wieder durch :D
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Wärme an sich ist erstmal nicht pauschal nutzbar (immerhin wird bei einer Bremsung ja generell Energie in nutzlose Wärme umgesetzt). Sie wird erst im Rahmen einer Temperaturdifferenz nutzbar.
Wie soll denn die Wärme genutzt werden, um elektrische Leistung zu erzeugen?
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Na mann könnte ja noch nen kleinen "Flüssigkeitstank" dabeihaben! Ich weiß Gewicht! :(
Die heizt man mit der Reibungshitze auf und jagt das Gas dann durch eine kleine Turbiene
an die ein Generator angeschlossen ist. Außen müssten allderdings Wäremetauscher sein die
auch diese hohe Temperatur problemlos verkraften. Obs dann noch was bringt??? :)
Eben so als Notenergiesystem.
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Na man versucht doch die Wärme fern zu halten von der Struktur ...
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Aber denke mal das sie ja nich komplett abschirmen die Temeratur ist dann zwar niedriger aber trotzdem noch recht hoch. Oder?
Kann mir nich vorstellen das das Feld jetz stark genug ist sodas man auf das eigentliche Hitzeschild komplett verzichten könnte. (auch wenns genial wär) :)
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Naja, irgendwas muss ja bremsen... Oder wird die ionisierte Luft nur auf Distanz gehalten und somit das Schiff nach oben 'beschleunigt' also gebremst?
Wärme an sich ist erstmal nicht pauschal nutzbar (immerhin wird bei einer Bremsung ja generell Energie in nutzlose Wärme umgesetzt). Sie wird erst im Rahmen einer Temperaturdifferenz nutzbar.
Wie soll denn die Wärme genutzt werden, um elektrische Leistung zu erzeugen?
Es gibt Peltier-Elemente, die erzeugen Strom direkt aus dem Temperaturunterschied. Logischerweise sollte es in der Kapsel nicht über 30° haben, da sonst die Astronauten gegrillt würden.
Bei Conrad sind die zwar ertwas teuer für mich, aber bei einem Multi-Millionen Dollar Projekt evt eine gute Wahl.
Energie müßte doch im Überfluß vorhanden sein ...
Um das Magnetfeld zu erhalten? Nein, soweit ich weis sollte ein Supraleiter im Betrieb fast keine Energie zur haltung des Feldes benötigen...
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Peltier-Elemente haben einen grausigen Wirkungsgrad ... außerdem benötigt man halt, wie schon gesagt, eine Temperaturdifferenz, direkt am Element.
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soweit ich weis sollte ein Supraleiter im Betrieb fast keine Energie zur haltung des Feldes benötigen...
Dafür mußt Du ihn kühlen, was auch Enegie benötigt.
Oder wird er nur davor auf Betriebstemperatur abgekühlt und das hält sich dann ne Weile?
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Im Vakkum bleibt die Temperatur erhalten, sofern die Sonne nicht darauf scheint...
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Wirklich?
Das ist sehr unangenehm für die ISS, denn dann kann sie keine Wärme über die Radiatoren abstrahlen.
Nein, im Ernst. Auch im All nimmt man Temperatur über Strahlung auf, und gibt sie ab (auch wenn es gegenüber Wärmeleitung und Konvektion ineffizient ist).
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@Runner
So leicht ist Thermalhaushalt im All leider nicht. Wenn man ein Raumschiff oder Satelliten mit seinen vielen Oberflächen in allerhand Anordnungen zueinander hat, kommt es zu einem komplexen Spiel von Absorption, Emission, erneuter Absorption und nochmal Emission ... unendlich oft (wenn man es genau nimmt). Wirklich genau berechnen kann man das nur mit Ray-Tracing, was sehr rechenaufwändig ist.
Um es kurz zu machen: Einfach ein Objekt im Schatten zu halten, hilft pauschal noch nicht, da die Wand ja auch warm wird und Wärme abstrahlt, auch auf das was im Schatten hinter ihr ist.
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Diese Diskusion hier hat mich auf eine Idee zur Verbesserung des Hitzeschildes gebracht. Im Grunde geht es mit dem Prinzip der magnetischen Abstoßung von Ionen darum Gewicht beim Schild einzusparen. Damit aber Gas ionisiert muß es erst erhitzt werden oder einem großen elektrischen Feld ausgesetzt werden. Damit wird die Ableitung aber komplizierter.
Wie wäre es, wenn man man normale Hitzeschutzkacheln, wie beim Shuttle verwendet. http://de.wikipedia.org/wiki/Hitzeschutzkachel (http://de.wikipedia.org/wiki/Hitzeschutzkachel) Zwischen den Kacheln führt man kleine Röhrchen nach außen, durch die beim Wiedereintritt eine Flüssigkeit austritt die die Oberfläche benetzt und anschließend verdampft. Dadurch entsteht Verdunstungskälte und eine Art "Schmierschicht", die einen direkten Kontakt der Kachel mit der anströmenden Luft verhindert.
Das Problem mit den Supraleitern ist ja schon, daß sie bei Normaltemperatur nicht supraleitend sind. Ob man wirklich Gewicht einspart, wenn man den gesamten Kühlapparat mitnehmen muß bezweifel ich. Ein aktiver elektrischer Schutzschild ist eine schöne, wünschenswerte Fiktion.
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Damit aber Gas ionisiert muß es erst erhitzt werden oder einem großen elektrischen Feld ausgesetzt werden. Damit wird die Ableitung aber komplizierter.
Das Gas wird beim Wiedereintritt durch Kompression vor dem Raumschiff erhitzt.
Wie wäre es, wenn man man normale Hitzeschutzkacheln, wie beim Shuttle verwendet. http://de.wikipedia.org/wiki/Hitzeschutzkachel (http://de.wikipedia.org/wiki/Hitzeschutzkachel) Zwischen den Kacheln führt man kleine Röhrchen nach außen, durch die beim Wiedereintritt eine Flüssigkeit austritt die die Oberfläche benetzt und anschließend verdampft. Dadurch entsteht Verdunstungskälte und eine Art "Schmierschicht", die einen direkten Kontakt der Kachel mit der anströmenden Luft verhindert.
Hast du eine grobe Vorstellung davon, wie viel "Schmiermittel" man dafür bräuchte und vor allem wie schwer das wäre? Viel zu schwer.
Außerdem: Wenn man die Hitzeschutzkacheln vom SpaceShuttle nimmt (die man bestimmt nicht wieder mit all ihren Schwächen in einem neuen Raumschiff verbaut) wozu braucht man dann noch Verdunstungskälte? Das Shuttle braucht es ja offensichtlich auch nicht.
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Zwischen den Kacheln führt man kleine Röhrchen nach außen, durch die beim Wiedereintritt eine Flüssigkeit austritt die die Oberfläche benetzt und anschließend verdampft.
Tja, da muß ich dir die Illusion nehmen. Die Idee ist prinzipiell nicht neu.
Eine Schwitzkühlung hatte schon Eugen Sänger im vergangenen Jahrtausend angedacht.
dazu aus dem Skylon-Thread:Eine Schwitzkühlung mit RCC- oder ähnlichen Kanten dürfte aber nach bisherigen Kenntnissen zu heiß werden.
Gruß
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Hallo runner
Um das Magnetfeld zu erhalten? Nein, soweit ich weis sollte ein Supraleiter im Betrieb fast keine Energie zur haltung des Feldes benötigen...
Hier unterliegst du einem Denkfehler. Ein Supraleiter hat praktisch keinen elektrischen Widerstand für einen Strom und dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld um den Leiter. Aber beim Wiedereintritt ist das Magnetfeld nicht "unbelastet", vielmehr wird es durch die Wechselwirkung mit den Ionen des umgebenden Plasmas gestaucht. Diese Feldänderung wirkt auf den Strom zurück und erzeugte praktisch einen induktiven Widerstand. Damit muss man den Strom aktiv aufrechterhalten, um das Magnetfeld stabil zu halten, trotz Supraleiter.
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Hallo,
von der Theorie her sollte es eine Art Wechselwirkung geben, so dass die Aufrechterhaltung des Feldes tatsächlich kaum Energie benötigt. Aber dazu sollten wirklich die ersten Reentryversuche abgewartet werden. Hoffentlich bringt die ESA das Geld dafür zusammen.
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Ich muss mich auch korrigieren. Ich lese gerade (wie es der Zufall so will) einen Artikel über Supraleitung. Supraleiter sind diamagnetisch und hindern externe Magnetfelder in sie einzudringen, wobei das von der Stärke des Felds abhängt. Damit entfällt dann auch die induktive Beeinflussung des Stroms im Supraleiter, wenn das Feld nicht zu stark wird, wenn ich nicht irre.
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Hört man wieder mal was davon?
Aber dazu sollten wirklich die ersten Reentryversuche abgewartet werden.
Gibt es dazu eigentlich einen Zeitplan?
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Wie so vieles, ist auch das vom Geld abhängig bzw ob es anderen Projekten gelingt vorhandene Budgets vorher abzuräumen. ::)
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Könnte man damit eigentlich auch ein 'Schiff' in ISS-Größe runterbringen, sofern es strukturmäßig den (somit viel geringeren) Belastungen standhält?
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Ich würde ja vermuten, dass sich die strukturellen Belastungen nicht wesentlich verringern würden. Und wo und wie sollte die ISS denn dann landen?
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Und wo und wie sollte die ISS denn dann landen?
Mit Bremsraketen die letzten 100 Meter und irgendwo in der Wüste/ Wasser...
Abe ich meine nur von der Größenordnung, nicht die ISS
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Hallo,
dann mal eine ganz naive Frage dazu. Bisher wurde beim Reentry die Geschwindigkeit mittels Reibung in Wärme umgewandelt. Wenn das MHD jetzt aber wie gewünscht funktioniert, bleibt dann nicht die Geschwindigkeit erhalten und mein Fahrzeug kommt mit 28.000 km/h an oder was bremst mein Fahrzeug ab?
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Nein, denn nach kürzester Zeit ist die Luft darunter ionisiert...
Dann, sobald sie ionisiert ist - also elektrisch geladen, wird sie vom Magnetfeld abgestoßen, und der Träger des Magnetfelds in die andere Richtung abgestossen (abgebremst)
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Soweit ich mich erinnere, haben wir doch im Hyperschallbereich kompressible Strömungen. Bedeutet das nicht, dass die ionisierte Luft nur beiseite geschoben wird?
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Hallo,
dann mal eine ganz naive Frage dazu. Bisher wurde beim Reentry die Geschwindigkeit mittels Reibung in Wärme umgewandelt. Wenn das MHD jetzt aber wie gewünscht funktioniert, bleibt dann nicht die Geschwindigkeit erhalten und mein Fahrzeug kommt mit 28.000 km/h an oder was bremst mein Fahrzeug ab?
Soweit ich das verstanden habe wird die kinetische Energie des Eintrittskörpers doch in Wärme umgewandelt. Die durchflogene Luft erwärmt sich, im Gegenzug wird der Eintrittskörper langsamer aber der Magnetschild vermindert die Wärmeübertragung auf den Eintrittskörper.
Energieerhaltungsmäßig gesehen müssten die durchflogenen Luftschichten also etwas heißer sein (bzw. bleiben, da sie weniger Energie/Wärme an den Eintrittskörper abgeben) als beim herkömmlichen Landen.
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Also, Wärme entsteht bei der Reibung zwischen der Luft, bzw. der ionisierten Luft und dem Raumfahrzeug. Das Magnetschild hindert aber die ionisierte Luft am direkten Kontakt mit Nase und Kanten des Fahrzeugs und diese gleitet stattdessen an einem magnetischen "Stoß" ab. Damit wird das Raumfahrzeug nicht weiter erwärmt. Damit kann aber auch die Luft nicht weiter aufgeheizt werden. Wo ist jetzt der Denkfehler?
P.S. Wir drehen gerade im Londoner Science Museum. Hier werden die Schulklassen in Jacket und Schulkravatte (ganz wie bei Harry Potter) durchgeschleust und lernen so etwas. Wo lernt man das in Deutschland?
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Hoi
Hm, jetzt hab ich auch ein Verständnisproblem.
Das Raumfahrzeug komprimiert doch die Luft vor dem Raumfahrzeug. Die benötigte Energie zum komprimieren der Luft kann doch nur aus der kinetischen Energie des Raumfahrzeugs stammen. Das das Raumfahrzeug selber durch das ionisierte Luftpolster in weiterer Folge auch erwärmt wird - ist das nicht eh ein parasitärer, unerwünschter Effekt?
(also die Energieübertragung erfolgt durch die Kompression, die Erwärmung ist eine Folgeerscheinung)
Damit hilft dann auch ein magnetischer Hitzeschild, weil er ja helfen würde das Raumfahrzeug weniger zu erwärmen. Und die kinetische Energie des Raumflugkörpers wird weiterhin durch die erhebliche Erwärmung der Luft, welche in letzter Folge ja wegströmt, abgeführt.
Gruß, James
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Normale Luft wird nicht von einem Magnetfeld abgestoßen, daher ist der Ablauf beim Wiedereintritt erstmal ganz normal: Die Luft vor der Raumkapsel wird verdichtet und erwärmt sich. Wenn sich die Luft so weit erwärmt hat, dass sie ionisiert wird, dann wird diese ionisierte sehr heiße Luft vom Magnetfeld abgestoßen und damit von der Raumkapsel fern gehalten. Es wird also wie immer ganz normal mit Luftkomprimierung gebremst.
Selbst wenn ALLE Luft abgestoßen würde, würde man immernoch bremsen. Es ist ja egal, ob die Luft direkt an der Raumkapsel oder 10cm davor vom Magnetfeld komprimiert würde.
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Bei den ursprünglichen Modellen von AJAKS war das nicht ganz egal. Da erwartete man, dass sich die Strömung anders verhalten würde. Naja, irgendjemand in Bremen oder Köln weiß bestimmt mehr dazu ;)
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Das Magnetschild hindert aber die ionisierte Luft am direkten Kontakt mit Nase und Kanten des Fahrzeugs und diese gleitet stattdessen an einem magnetischen "Stoß" ab. Damit wird das Raumfahrzeug nicht weiter erwärmt. Damit kann aber auch die Luft nicht weiter aufgeheizt werden. Wo ist jetzt der Denkfehler?
Kineteisch Eergie, du beziehst hier nur Wäre mitein...
dann wird diese ionisierte sehr heiße Luft vom Magnetfeld abgestoßen und damit von der Raumkapsel fern gehalten. Es wird also wie immer ganz normal mit Luftkomprimierung gebremst.
Selbst wenn ALLE Luft abgestoßen würde, würde man immernoch bremsen. Es ist ja egal, ob die Luft direkt an der Raumkapsel oder 10cm davor vom Magnetfeld komprimiert würde.
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http://www.scientificmagnetics.co.uk/cryogen-free-superconducting-magnets.htm
Hier, bekannt aus dem Ad-Astra-Thread... 12kW braucht ein mechanisch gekühlter Hochtemperatursupraleiter...
Wie lange dauert denn die Descent-Phase mit dem Magnetfeld?
Vorher muss da auch noch gekühlt werden, ca. 24 Stunden vorher sollte damit begonnen werden...
Kann man so viel Strom überhaupt in eine Kapsel bringen?
Eine Autobatterie hat ca. 480 Wattstunden, das hieße, man hätte für 25 Stunden 0,04 Stunden Saft... Das klingt doch gut... 1 bis 3 Autobatterien - oder leichtere Lithiumakkus. Nur, wie stark müsste dann das Magnetfeld sein? Bei den 12kW hätte man 12 T - also schon mal ziemlich stark...
6250 Autoakkus... das wäre dann schon ziemlich schwer...
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Naja, vielleicht braucht man es für diesen Zweck gar nicht so starke Magnete. Vielleicht reichen auch 4kW Magnete oder weniger. Es ist ja nicht so das man für jeden Zweck genau einen zwölf kW Magneten braucht, sodass ein Drittel gespart werde könnte im Vergleich zu deiner Version. Wenn das Gas die geplante Mindestentfernung hat, wieso sollte man dann noch mehr Saft einsetzen. Die Zukunft wird es zeigen, aber die werden schon einen Rahmenplan haben mit dem das möglich sein wird.
(wie kommst du eigentlich auf 6250 Akkus; habe ich in der Schule etwa nicht aufgepasst ;))
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Stimmt. Das Erdmagnetfeld ist im Mikro-Tesla Bereich, wenn ich das richtig im Kopf habe...
Das benötigte Magnetfeld wird daher wohl eher deutlich geringer ausfallen....
Aber hängt das nicht vom Ionisationsgrad, Höhe-> Dichte der Luft, ... usw. ab... Lässt sich das mit meinem begrenzten Wissen berechnen? Oder benötigt man komplexe Simulationsprogramme??
Gegeben:
Man hat 12.000 Watt, das soll 25 Stunden halten (weniger als 24h aufladen und kühlen; 1h Reentry + Backup).
Ein Akku hält 480 Watt, sollte also 0.04 bei 12kW halten...
12000W mal 25 h = 300000Wh
300000Wh durch 480 Watt = Anzahl der Akkus.
EDIT: übrigens kamen jetzt gerade 625 raus... noch mal nachgerechnet, müsste stimmen. 625 Akkus bei 12T (ist aber zu viel)
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O.K, selig ist der geistig Arme. Danke sehr fürs Vorrechnen :D.
(Hätte ich eigentlich als Oberstüfler selber hinbekommen sollen) ;)
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Danke sehr fürs Vorrechnen
Mach ich gerne, solange es nicht über mein Wissen hinausgeht ;)
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Aber hängt das nicht vom Ionisationsgrad, Höhe-> Dichte der Luft, ... usw. ab... Lässt sich das mit meinem begrenzten Wissen berechnen? Oder benötigt man komplexe Simulationsprogramme??
Ich denke, dass man um alle Faktoren einberechnen zu können, ein Simulationsprogramm benötigt. Bestimmt hat auch der Sonnenwind und usw. Einfluss, wie stark der Magnet sogar nur sein darf. Zu groß könnte vielleicht sogar das Raumschff selber beschädigen. Das im Kopf, ich glaub dann hätten die da Papierzettelkriege ;).